비압축성/압축성 유체의 통합 보존 법칙에 기반하여 개발된 코드를 적용하여, 슬로싱 탱크에서 맥동하는 공기 포켓이 유발하는 압력 진동의 유사성을 분석하였다. 탱크 내에 맥동하는 포획 공기 포켓이 없는 경우, 압력의 무차원 시간 이력은 Froude 및 기하학적 유사성을 만족할 때 전반적으로 잘 일치함이 제시된다. 그러나 맥동하는 공기 포켓에 기인한 압력 진동의 무차원 주기는 슬로싱 탱크의 크기가 증가할수록 길어진다. 무차원 주기의 불일치는 포획 공기의 압축성 편향(compressibility bias) 때문으로 설명된다. 이 압축성 편향을 제거하기 위해 슬로싱 탱크의 헛공간(ullage) 압력을 Bagnold의 충격수(impact number)에 근거하여 조정한다. 헛공간 압력에 따른 압력 진동 주기의 변화는 스프링-질량(spring-mass) 시스템을 바탕으로 설명된다. Bagnold의 충격수에 근거하여 헛공간 압력을 조정하면, 탱크 크기와 무관하게 압력 진동의 무차원 주기가 거의 일정함이 나타난다. 또한, 포획 공기 포켓이 맥동할 때 압력의 시간 이력이 중요하다면 Bagnold의 충격수는 동일해야 함이 확인되었다.

비압축/비압축성 유체의 통합 보존법칙에 대한 압력 기반 방법으로 개발된 코드를, 하이브리드 Cartesian/immersed boundary 방법을 사용하여 이동하거나 변형되는 신체 경계의 처리를 가능하도록 확장하였다. 비압축성 가스 영역을 포함한 전체 유체 영역에 대해 압력 포아송 방정식을 이용해 순간 압력장을 계산한다. 압축성 유체에는 단열(다항) 가스를 가정하여 에너지 방정식을 분리한다. immersed boundary 노드는 신체 경계를 가로지르는 경계면(에지)을 기준으로 식별한다. 속도 벡터는 할당된 국소 법선 선을 따라 보간하여 immersed boundary 노드에서 재구성한다. 개발된 코드는 직사각형 탱크와 막(membrane)형 탱크에서의 슬로싱(sloshing)에 대해 압력 및 파고의 시간 이력을 비교함으로써 검증하였다. 검증된 코드는 흔들림(sway) 운동 하의 직사각형 탱크에서 공기 쿠션 효과를 시뮬레이션하는 데 적용하였다. 공기 주머니가 맥동(pulsation)함에 따라 압력장에 대한 시간 변화를 상세히 분석하였다. 공기 주머니의 수축과 팽창이 탱크 벽에 작용하는 압력 하중을 지배함이 제시된다. 본 결과는 압력 게이지에서 측정된 압력 진동의 진폭 및 감쇠에 관한 다른 실험 및 계산 결과와 잘 일치한다.

비압축성/압축성 유체의 통합 보존 법칙에 기반하여 개발된 코드를 적용하여, 슬로싱 탱크에서 맥동하는 공기 포켓이 유발하는 압력 진동의 유사성을 분석하였다. 탱크 내에 맥동하는 포획 공기 포켓이 없는 경우, 압력의 무차원 시간 이력은 Froude 및 기하학적 유사성을 만족할 때 전반적으로 잘 일치함이 제시된다. 그러나 맥동하는 공기 포켓에 기인한 압력 진동의 무차원 주기는 슬로싱 탱크의 크기가 증가할수록 길어진다. 무차원 주기의 불일치는 포획 공기의 압축성 편향(compressibility bias) 때문으로 설명된다. 이 압축성 편향을 제거하기 위해 슬로싱 탱크의 헛공간(ullage) 압력을 Bagnold의 충격수(impact number)에 근거하여 조정한다. 헛공간 압력에 따른 압력 진동 주기의 변화는 스프링-질량(spring-mass) 시스템을 바탕으로 설명된다. Bagnold의 충격수에 근거하여 헛공간 압력을 조정하면, 탱크 크기와 무관하게 압력 진동의 무차원 주기가 거의 일정함이 나타난다. 또한, 포획 공기 포켓이 맥동할 때 압력의 시간 이력이 중요하다면 Bagnold의 충격수는 동일해야 함이 확인되었다.

비압축/비압축성 유체의 통합 보존법칙에 대한 압력 기반 방법으로 개발된 코드를, 하이브리드 Cartesian/immersed boundary 방법을 사용하여 이동하거나 변형되는 신체 경계의 처리를 가능하도록 확장하였다. 비압축성 가스 영역을 포함한 전체 유체 영역에 대해 압력 포아송 방정식을 이용해 순간 압력장을 계산한다. 압축성 유체에는 단열(다항) 가스를 가정하여 에너지 방정식을 분리한다. immersed boundary 노드는 신체 경계를 가로지르는 경계면(에지)을 기준으로 식별한다. 속도 벡터는 할당된 국소 법선 선을 따라 보간하여 immersed boundary 노드에서 재구성한다. 개발된 코드는 직사각형 탱크와 막(membrane)형 탱크에서의 슬로싱(sloshing)에 대해 압력 및 파고의 시간 이력을 비교함으로써 검증하였다. 검증된 코드는 흔들림(sway) 운동 하의 직사각형 탱크에서 공기 쿠션 효과를 시뮬레이션하는 데 적용하였다. 공기 주머니가 맥동(pulsation)함에 따라 압력장에 대한 시간 변화를 상세히 분석하였다. 공기 주머니의 수축과 팽창이 탱크 벽에 작용하는 압력 하중을 지배함이 제시된다. 본 결과는 압력 게이지에서 측정된 압력 진동의 진폭 및 감쇠에 관한 다른 실험 및 계산 결과와 잘 일치한다.

비압축성 및 압축성 유체에 대한 통합 보존 법칙을 해결하기 위해 압력 기반 방법을 개발하였다. 기체의 압축성을 모델링하고 에너지 방정식을 분리하기 위해 폴리트로픽 법칙을 사용하였다. 압력장은 전체 유동 영역에 대해 단일-압력 포아송 방정식을 풀어 계산한다. 포아송 방정식의 항원(source term)에서 기체 압축성의 효과를 반영하였다. 물질 계면을 가로질러 압력과 법선 방향 속도의 연속성이 어떠한 추가적인 계면 처리를 필요로 하지 않고 달성된다. 개발된 방법을 검증하기 위해, 관 내 공기의 압축과 팽창으로 인해 폐쇄된 관에서 물 기둥이 진동하는 현상을 수치적으로 시뮬레이션하였다. 관의 말단 벽에서의 압력에 대한 계산된 시간 이력은 다른 계산 결과와 잘 일치하였다. 폐쇄 탱크에서 물 기둥이 자유 낙하하는 문제도 시뮬레이션하였다. 탱크 바닥 중앙에서의 압력 시간 이력은 다른 보고된 결과와 잘 일치함을 보였다. 개발된 코드는 댐 붕괴 유동에서 포획된 공기의 에어 쿠션 효과를 시뮬레이션하는 데 적용하였다. 계산 결과는 공기가 포획되기 전까지 다른 실험 및 계산 결과와 잘 일치하였다. 포획된 공기 포켓이 빠른 압동(pulsation)을 겪는 동안, 공기 포켓 주위의 물 압력장도 동기적으로 진동한다.

불완전한 압축성을 갖는 자유수면 흐름에서 포획된 공기의 단열 및 등온 과정으로 인해 발생하는 공기 쿠션(air cushion) 효과를 모사하기 위해 개발된 코드를 적용한다. 이 코드는 비압축성 및 압축성 유체의 통합 보존 법칙에 대해 압력 기반 방법을 사용한다. 압축성 포획 가스 영역을 포함한 압력장을 계산하기 위해, 전체 영역에 대해 압력 포아송 방정식(pressure Poisson equation)을 푼다. 가스 압축성의 영향은 압력 포아송 방정식의 항(source terms)에 반영된다. 물기둥이 양측에서 공기의 압축과 팽창에 의해 유발되는, 폐관(closed tube)에서의 수주(water column) 진동을 시뮬레이션한다. 폐관 끝단에서의 압력에 대한 계산된 시간 이력(time history)을 다른 보고된 결과와 비교한 결과, 양호한 일치가 달성된다. 단열 과정에서는 진동의 주기가 짧아지고 진폭은 커진다. 진동의 주기와 진폭의 변화는 스프링-질량(spring-mass) 시스템의 유사성에 기초하여 용이하게 설명될 수 있음을 보인다. 수주 초기 속도가 증가할수록 압력 진동의 비선형성이 더 두드러지게 나타난다. 그러나 공기의 과정에 따른 진동 특성 변화는 변하지 않은 채 유지된다. 개발된 코드는 파손된 댐 흐름(broken dam flows)에서 포획된 공기의 단열 및 등온 과정이 초래하는 공기 쿠션 효과를 비교하는 데 적용한다. 파손된 댐 흐름에서 포획 공기의 밀도-압력 관계(density-pressure relationship)에 대한 가정에 따라, 압력 진동의 주기 및 진폭 변화에 대해서도 유사한 경향이 관찰된다.

댐 붕괴 유동에서 포획된 공기의 압축성에 의해 발생하는 압력 압동을 분석하기 위해 오픈 소스 코드를 사용한다. 해당 코드는 비등온(non-isothermal) 부정혼합성(immiscible) 유체를 위한 2상 압축성 코드이다. 압축성 유동은 압력 기반 방법을 토대로 계산되므로, 코드는 실질적으로 비압축성인 바토트로픽 유체(barotropic fluid)의 상태방정식을 처리할 수 있다. 계산된 압력의 시간에 따른 변화를 다른 실험 및 계산 결과와 비교한다. 현재의 결과는 공기가 포획되기 전까지는 다른 결과들과 잘 일치함을 보여준다. 포획된 공기 기포가 맥동(pulsate)함에 따라 압력 압동이 예측되며, 압력 압동은 빠르게 감쇠(damp out)된다. 물의 압축성 매개변수를 광범위한 범위에서 변화시켰음에도 계산 결과에는 영향이 없는데, 이는 본 연구에서의 물 상태방정식이 비압축성 유체의 상태방정식과 매우 가깝기 때문이다. 계산된 압력 시간변화에 대한 격자 비의존성(grid independency) 시험에서는, 포획 순간의 속도장에 따라 압력 압동의 진폭은 민감하게 변하더라도 모든 결과가 압력 압동의 주기(period)가 유사하고 압동이 빠르게 감쇠됨을 예측함을 보인다. 포획된 공기 내부의 압력이 빠르게 변화할 때 이웃한 물에서의 압력장이 즉시 조정되는 현상이 관찰되는데, 이는 물에서 음속(sound of speed)이 훨씬 높기 때문이다. 압력 압동의 주기는 인접한 물의 부가질량(added mass)에 의해 지배됨이 확인된다. 또한 포획된 공기에서의 온도 압동은, 포획된 공기 내부의 시간 평균 온도가 주변 물보다 높고 주변 물의 온도는 거의 일정하다는 점 때문에, 압동이 빠르게 감쇠되는 데 결정적임이 밝혀진다.

거친 해상에서 선박에 실려 들어온 녹수(green water)는 갑판 위 구조물에 상당히 큰 충격 하중을 가할 수 있으며, 때로는 구조 손상을 초래하기도 한다. 해양 유체 공학의 핵심 과제 중 하나는 녹수 충격에 대한 구조 강도 설계를 적절히 수행하는 데 필요한 설계 충격 하중을 제공하는 것이다. 녹수로 인한 설계 충격 하중의 계산은 먼저, 구조물에 대한 최대 녹수 충격을 유발하는 해상 상태와 선박 항해 조건을 규정하는 과정이 필요하며, 이어서 선박의 운동 응답, 녹수 흐름 및 충격 하중을 계산하는 일련의 과정이 수행된다. 또한 대담하고 실용적인 절차로서, 불규칙한 실제 해상을 녹수 충격 관점에서 동등한 설계 정파(design regular waves)로 치환할 필요가 있다. 본 논문에서는 선수(bow) 구조에 작용하는 설계 녹수 하중을 산정하기 위한 전체 과정을 창의적으로 정립하였다. 그리고 고속선 선수의 박스형(box-type) 구조물에 작용하는 녹수 설계 충격 하중을 계산하고 이를 논의하였다.

KRISO 3600TEU 컨테이너선의 주위 유동장은 선박의 선체 도면(body plan)에 제시된 정선(station lines)들의 보간(interpolation)을 기반으로 생성된 표면을 이용하여 계산되며, CAD 프로그램은 사용하지 않는다. 두 개의 인접한 정선 사이에 곡선을 생성하기 위해, 내접원(inscribed circles)에 기반한 보간 방법을 제안한다. 보간된 표면은 openfoam의 snappyHexMesh 유틸리티를 사용하기 위해 STL 형식으로 저장된다. 선박의 계산 저항을 실험 및 기타 계산 결과와 비교하고, 인접 정선의 보간이 계산 저항에 미치는 영향을 조사한다. 제안된 방법은 부가물(appendages)을 갖는 잠수함의 주위 유동장을 계산하는 데 적용된다. 선체와 부가물에 대한 표면 삼각분할(surface triangulations)은 서로를 고려하지 않은 상태에서 생성한 후, 이를 단순히 결합하여 선체 경계(body boundary)를 포함하는 격자 생성기를 제공한다. 격자 생성 절차 동안 선체와 부가물의 접합부(junctures)는 자동으로 식별된다. 부가물 끝단(tip)에서 발생한 팁 와류(tip vortex)가 하류로 이동하는 것이 포착된다.